裂缝型储层预测的稳定方位AVO梯度无约束反演方法研究

为克服常规方位AVO梯度提取方法各方位截距项难以一致,以及井的方位AVO梯度先验约束不易获取的问题,提出了稳定方位AVO梯度无约束反演方法。该反演方法分为两步:第一步认为地震数据是反射系数序列,据此消除导致最小二乘反演方程不稳定的子波项,得到自激自收地震记录和方位AVO梯度地震记录;第二步基于最少反射层假设搜索准确的地下界面位置,以降低方位AVO梯度地震记录反褶积方程维数。模型试算结果表明,该方法能够提高方位AVO梯度反演方程稳定性,并且所得方位AVO梯度的椭圆分析可以较好地指示裂缝密度和裂缝走向。实际工区的应用结果表明,稳定方位AVO梯度无约束反演结果的方位AVO梯度椭圆分析可以较为准确地预测地层裂缝发育带,为裂缝型储层预测提供了有利的技术支撑。     

综合平面波地震记录与测井曲线的二维声波方程反演

地震波可以用一个声波方程作近似描述。本文提出一种综合测井曲线和平面波反射地震记录的速度反演法。正演问题基于二维声波方程。在反演中,利用最小平方正则化方法使计算的数据与观测的数据之间差值最小。数值实例表明,在反演过程中引入测井数据可改进有噪数据算法的稳健性。     

声波方程变系数反演

本文在声波介质近似下,采用广义最小平方准则求解地震反射信息的非线性反演问题,并由此建立了一套由当前地震记录(对应于当前介质模型)与观测到的地震记录之间的残差确定介质模型修改量的数学模型。因所用资料是叠前资料,所以该方法考虑了直达波、折射波和多次波能量。若从弹性波方程出发,则可考虑面波能量。该方法的关键在于正演模型的建立,为了选择一个既省机时,精度又高的正演模拟方法,本文在试算过程中,采用了六阶有限差分法进行正演模拟。理论模型的试算结果表明,该方法是可行的。为使问题简化,我们只考虑了单一参数(速度)变化的情形。     

最小平方滤波法时间域全波形反演

全波形反演是一种利用叠前地震记录的全波场信息重建地下介质物性参数的高精度速度建模法,但其反演效果常会受到“跳周”现象的影响。本文提出一种用最小平方滤波做数据预处理的反演方法,有效减弱“跳周”现象对反演结果的影响。该方法利用最小平方滤波减小模拟波场与观测波场之间的相位差,由滤波后波场构建一种新目标函数,使反演过程稳定地朝着全局极小点处收敛。数值模拟试验结果表明：基于最小平方滤波的全波形反演能有效改善反演效果,尤其在模型深部或大炮检距范围的效果更明显;新目标函数相比常规L₂范数能更稳定地下降,不易陷入局部极小,避免了常规全波形反演中易出现的严重“跳周”现象。     

基于双对角通量校正的多尺度全波形反演

油气勘探的不断深入使地震勘探面临的问题越来越复杂。全波形反演(FWI)以其高精度优势成为一种极具潜力的速度建模方法,但其反演效果很大程度上受初始模型精度和炮记录频带范围的影响。在实际地震数据处理中,初始速度模型的精度往往不高,而精确的初始速度模型又是防止FWI陷入局部极值的关键,因此降低FWI对初始模型的依赖性至关重要。为此,提出一种基于双对角通量校正的多尺度FWI方法,利用通量校正运输技术对二维时间域声波方程进行校正,获得不同频率成分的校正波场,并据此推导出FWI梯度及步长计算公式,使用低频~高频的校正波场进行多尺度反演。为了验证该方法的有效性,利用改进Marmousi模型进行模拟测试。结果表明,该方法有效地拓展了波场的中低频成分,降低了FWI对初始模型的依赖性。     

波动方程的逆散射与迭代线性化反演

本文讨论的是非线性地球物理反演中目前重要的方法，即逆散射与线性化迭代算法相结合而形成的解析类反演方法。首先应用标量波动方程的逆散射理论推导反射波场与波慢平方扰动之间满足的非线性积分方程，并阐明波慢平方扰动与反射体之间的关系。     

二维高斯射线束地震模型

高斯射线束方法是将波动方程和射线理论相结合的一种地震正演模型方法。文中叙述了二维高斯射线束的基本理论及合成地震图的方法,并给出了若干地质模型的计算实例。二维弹性介质地震模型的高斯射线束方法能计算横向不均匀介质复杂地质构造的地震波场(包括P波、SH波和转换波),其特点是计算中无奇异区,运行速度快,与常规射线追踪法相当。用该方法计算的波场不仅能反映波的运动学特点,而且能反映波的高频动力学特点,计算结果可与有限差分法的计算结果相比。     

二维速度反演和合成地震记录计算

旅行时反演方法已发展到根据深部反射资料估算二维介质的速度和界面几何形状。速度构造通过有限元表示,而反演可用公式表示为一种迭代的、约速的线性最小平方问题,这个问题可以通过奇异值截断法或 Le(?)enberg-Marquardt 法得到解决。Lerenberg-Marquardt 法的阻尼因子根据模型置信区域法(model-trust region)来选择。由射线追踪计算而得旅行时和导数矩阵为解决最小平方问题所需要的。为了帮助地震解释,反演算法中还包含以渐近射线理论为基础的快速算法,用于根据推得的速度模型来计算合成地震记录。数值测试表明反演算法是有效的,还表明反演结果的精度由数据中的噪音和数据采集时应用的记录的孔径(aperture)决定的。两个实例证明新的反演算法产生的速度模型与数据吻合程度要比用其它方法估算而得的速度模型来得好。     

椭圆各向异性介质中SH波波场模拟

在二维椭圆各向异性介质条件下,各向异性波动方程可以分解为一个独立的 SH 波波动方程和一个 P-SV 波波动方程组。本文用褶积求微分的有限差分方法实现了二维椭圆各向异性介质中 SH 波的共炮点记录的模拟。模拟结果的成败在于求解 SH 波波动方程时对边界条件的处理,文中分别给出内边界及边界端点的吸收公式;同时给出多种各向同性和椭圆各向异性介质中的共炮点记录和波场切片图(Snapshot),展示了椭圆各向异性 SH 波波场的特性。从中可以看出:①反射 SH 波的时距曲线并非双曲线;②各向异性波在界面上的反射和透射仍满足Snell 定律;③各向异性介质中的 SH 波和各向同性介质中的波型是完全对应的,只是两种介质中的同一类型的波在传播时间、传播速度和同相轴的形态及能量分布有所不同。     

波动方程的逆散射与迭代线性化反演

本文讨论的是非线性地球物理反演中目前最重要的方法．即逆散射与线性化这代算法相结合而形成的解析类反演方法。首先应用标量波动方程的逆散射理论推导出反射波场与波慢平方扰动之间满足的非线性积分方程，并阐明波慢平方扰动与反射体之间的关系。然后介绍迭代线性化反演算法的理论和具体计算公式，并专门对泛函求导的公式进行详细的推导。最后，讨论了这一类反演方法的计算技术及参数选择问题。     

基于LSMR算法的斜缆数据鬼波压制方法

由于鬼波陷波频率的多样性而使海上地震记录频带变窄、分辨率降低,为此,基于平面波传播理论,推导出τ-p域拖缆观测的总波场与海水表面观测的上行波波场之间新的关系式,建立线性τ-p方程,利用最小平方残差方法(Least Squares Minimal Residual,LSMR)反演求解方程得到海水表面观测的上行波波场,并延拓得到拖缆观测的上行波波场。合成数据及海上实际斜缆数据测试结果表明,本文方法不仅迭代收敛速度快,而且能得到更好、更稳定的解,提高计算效率的同时改善鬼波的压制效果,达到拓宽地震记录频带的目的。     

根据零偏移距野外资料估算反射系数

经典的一维反问题包括用一维波动方程根据地面地震资料估算反射系数在内。几位作者已用最小平方模型拟合法求出这一问题的稳定解。本文指出,应用点震源产生的地震数据的平面波解估算反射系数将会引起误差,这一困难可用最小平方模型拟合法解决。作者描述了点源产生的垂向传播的波。此法大致等效于消除层间多次波和球形扩散补偿的确定性反褶积法。采用特殊设计的地震实验得到了实际零偏移     

基于粒子群优化最小二乘支持向量机的非线性AVO反演

为了求解非线性AVO反演问题,本文提出基于粒子群算法和最小二乘支持向量机的非线性AVO反演方法,并用粒子群算法优化最小二乘支持向量机的参数。即首先通过精确Zoeppritz方程正演得到角道集,并进行动校正和部分角度叠加;然后运用最小二乘支持向量机方法建立反射振幅与弹性参数之间的非线性模型;最后以此非线性模型对地震道集数据进行反演。模型数据和实际资料的反演结果表明,该方法克服了常规广义线性AVO反演在远炮检距及弹性参数纵向变化大等情况下的缺陷,可直接从实际地震道集数据中提取较高精度的地层弹性参数,具有快速稳健、抗噪能力强的优点。     

用于确定速度和衰减的2.5D全波井间反演法

在不同的二维问题曾介绍过一种三维震源波场的精确模拟方法，本文介绍了一种频率域波场反演法，利用此法可将Ｐｒａｔｔ（１９８９）的方法扩展用于２．５维。因为动力学方法是正确的，所以计算的波场在没有明显的平界面变化情况下可直拉与实际数据对比，并可进行非线性迭代反演，按照Ｔａｒａｎｔｏｌａ（１９８４）的观点，反演可表述为最小二乘方最优化问题，并利用Ｂｏｒｎ线性近似导出给定模拟一梯度方向。本方法的潜在效率是很     

基于波场分离的层析波形反演方法

全波形反演是利用地震数据的所有信息对地下模型进行重建的重要方法。但是当采集地震数据缺失低频和远炮检距信息时,常规的全波形反演方法只能恢复地下模型的短波长成分。本文给出了一种利用梯度分解和重组增强波形反演中长波长更新量的方法,该方法将全波形反演梯度分解为层析项和偏移项,梯度的层析项主要更新模型参数的长波长分量,由传播方向相同的波场互相关得到,而偏移项更新模型参数的短波长分量,由传播方向相反的波场互相关得到。本文利用坡印廷矢量进行波场分离进而将梯度分解,在将两项重组后得到层析项加强的新梯度。数值测试结果表明,这种基于波场分离的层析波形反演方法在常规全波形反演方法难以收敛时能收敛到准确的结果。     

非线性弹性波反演探讨

地震反问题的研究给经典弹性理论注入了活力，它是力学与交叉学科（地球物理学、地质学，应用数学等）的高难课题。地球物理，特别是地震勘探，实质上可归结为反问题的研究，它通过接收的波场信息来重建地层及岩性构造，以达到油气识别和勘探开发的目的。反演因其不适定性而较正演的难度要大。本文探讨的弹性波反演是理论和应用的前沿课题，文中将测量波场抽象为数据空间元素d，d与模型空间元素m呈非线性关系。利用高斯概率密度可描述d、m的分布规律，其最小二乘解代表反演极大似然解估计m。针对非均匀弱散射情形，由弹性动力学可得出散射场与模型参数的关系。最后在时空域和频率域将伴随问题的梯度矢量具体表示为模型参数（拉梅系数，波速，密度），并给出了解估计表达式。     

波散波的反演

波散波在地震记录中是一种常见的现象。波散波中包含有许多岩性信息,如表层速度、厚度和吸收系数等。为提取这些信息,本文提出一种波散波的反演方法,包括波散波记录的正演模拟、求取波散曲线和迭代求解过程。波散过程实质上是一个滤波过程。波散波反演就是对波散波记录作纯相位反滤波,使各道反滤波后的波形差在最小平方意义下为最小。这种运算是通过迭代实现的。初值波散曲线可直接由实际记录算出。速代参数修改依波散波类型而异:波散瑞雷波反演时只修改表层横波速度;而勒夫波反演时要修改表层深度。     

复杂近地表弹性波波场特征研究

 本文采用任意起伏地表二维弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟，通过地震波波场快照、单炮记录以及合成的近似叠加记录，分析了不同倾角斜层模型、起伏基岩面模型以及起伏地表下简单构造模型等3个简化模型弹性波场特征、弹性波主要类型以及弹性波传播规律。模型试验结果表明，近地表斜层、起伏基岩面以及速度横向非均匀引起折射波的不连续。近地表速度结构和地形不仅引起地下反射波同相轴弯折、畸变，而且产生严重的规则干扰。     

基于反射波动方程的地震反射数据波形成像

在有关波现象和地下介质物理性质空间变化的高频近似条件下,散射波退化为反射波,相应的散射波动方程退化为基于阻抗相对扰动的反射波动方程;再通过定义反射率为阻抗相对扰动沿入射波传播方向的方向导数,推导出基于反射率变化的反射波动方程。利用推导出的反射波动方程和线性反演理论,建立基于反射波动方程的地震一次反射数据波形成像方法。根据基于阻抗相对扰动的反射波动方程和基于反射率变化的反射波动方程,首先应用反射波传播算子的伴随算子,建立阻抗相对扰动近似反演方法和反射率波形偏移方法;再应用反射波传播算子的最小二乘逆算子,建立阻抗相对扰动最小二乘反演方法和反射率最小二乘波形偏移方法。针对波场传播算子的最小二乘逆算子的巨大计算量和不稳定性,在阻抗相对扰动的最小二乘反演和反射率的最小二乘波形偏移中均采用迭代方式求解。本文提出的波形成像方法,可在波动方程意义下真实地应用地震数据的波形信息,因此是真正的波动方程偏移成像方法。     

叠前AVA广义非线性纵、横波速度反演

利用叠前AVA地震资料反演地下介质的纵、横波速度，可以为地层岩性、储层物性及含油气性解释提供丰富的弹性参数信息。本文以Aki和Richards近似公式为基础，将最小平方问题转化匆大型稀疏矩阵的求解问题，直接反演出纵、横波速度；根据建立的反演目标函数导出了广义非线性矩阵反演方程；噪声协方差矩阵和模型协方差矩阵的加入，使叠前反演稳定性增强；通过AVA合成记录标定、AVA反演子波佶算以及测井、构造层位信息的共同约束，有效地降低了反演的多解性问题。理论模型试算和实际资料处理结果均表明，该方法处理效果良好。